Kas yra chemijos inžinerija: apibrėžimas, istorija ir taikymas

Sužinokite, kas yra chemijos inžinerija: apibrėžimas, istorija ir taikymas — kaip ji daro gamyklas efektyvesnes, mažina kaštus ir atveria karjeros galimybes pramonėje.

Chemijos inžinerija - tai XX a. pradžioje atsiradusi inžinerijos šaka, susijusi su chemija. Iki tol chemijos gamyklas projektavo chemikai, kurie buvo apmokyti dirbti tik nedideliu mastu. Chemijos inžinerijoje derinami chemiko ir pramonės inžinieriaus darbai. Dėl to gamyklos tampa efektyvesnės, o cheminės medžiagos - daug pigesnės. Chemijos inžinerijoje naudojama fizika (mokslas apie judančius objektus ir jėgas), chemija (mokslas apie medžiagas) ir matematika. Cheminės inžinerijos išsilavinimą turintys žmonės gali dirbti įvairius darbus.

Kai kurios naujos chemijos inžinerijos temos:

• Procesų intensifikacija – mažesni ir efektyvesni reaktoriai bei separacijos įrenginiai, leidžiantys sumažinti energijos ir žaliavų sąnaudas.
• Micro- ir miltireaktoriai – cheminėms reakcijoms vykdyti skirtos mažos skersmens sistemos, gerinančios saugumą ir reakcijų valdymą.
• Biochemijos ir bioprocesų inžinerija – fermentai, mikroorganizmai ir ląstelių kultūros pritaikomos vaistų, maisto, biotechnologijų gamyboje.
• Nanotechnologijos ir medžiagų inžinerija – naujų funkcinių medžiagų kūrimas ir panaudojimas elektronikoje, katalizėje, medicinoje.
• Membranų ir separacijų technologijos – efektyvios filtracijos, membranų atskyrimo ir perdirbimo sistemos.
• Katalizės mokslas – aktyvių katalizatorių kūrimas ir optimizavimas cheminėms reakcijoms pagreitinti ar selektyvumui padidinti.
• Žalioji chemija ir tvarūs procesai – atliekų mažinimas, atsinaujinančių žaliavų naudojimas ir energijos sąnaudų mažinimas.
• Skaitmeninimas ir procesų valdymas (Industry 4.0) – sensorių sistemos, automatika, duomenų analizė ir dirbtinis intelektas procesų optimizavimui.
• CO2 surinkimas ir užrakinimas – technologijos išmetamųjų teršalų mažinimui ir anglies atgaminimui.

Trumpa istorija

Chemijos inžinerijos ištakos siejamos su pramonine revoliucija ir XX a. pradžia, kai cheminė pramonė ėmė gaminti didelius kiekius produktų. Iki tol dauguma procesų buvo vykdomi laboratorijų arba amatininkų mastu. Augant gamybos apimtims, atsirado būtinybė sistemingai taikyti fizikos, cheminės termodinamikos, srauto mechanikos ir procesų projektavimo principus. Pirmieji universitetiniai chemijos inžinerijos kursai ir katedros pradėjo formuotis Europoje ir JAV XX a. pradžioje.

Pagrindinės disciplinos ir principai

• Termodinamika – energijos ir materijos pusiausvyros, fazių pusiausvyros, cheminių reakcijų energetika.
• Transporto reiškiniai (srautas, šilumos ir masės perdavimas) – kaip medžiagos ir energija juda ir keičiasi per procesus.
• Reakcijų inžinerija – cheminės reakcijos kinetika, reaktorių tipai ir optimizavimas.
• Atskyrimo procesai – destiliacija, ekstrakcija, filtracija, membranos, kristalizacija.
• Procesų modeliavimas ir skaitmenizacija – matematiniai modeliai, kompiuteriniai simuliatoriai, optimizacija.
• Procesų sauga ir rizikos valdymas – sprogimų, toksinių išmetimų ir kitų pavojų valdymas bei prevencija.

Vienetinės operacijos ir projektavimas

Chemijos inžinerija remiasi idėja, kad sudėtingi gamybos procesai yra sudaryti iš paprastesnių etapų — vienetinių operacijų: maišymas, šildymas/aušinimas, reaktoriaus darbas, fazių atskyrimas ir kt. Projektuojant gamyklą, inžinieriai parenka tinkamus vienetus, dydžius, medžiagas, izoliaciją ir valdymo sistemas taip, kad gaminys būtų kokybiškas, gamyba saugi ir ekonomiška.

Taikymo sritys

Chemijos inžineriai veikia labai plačiai:

• cheminė ir naftos pramonė (žaliavų perdirbimas, rafinavimas);
• vaistų gamyba ir biotechnologijos (aktyviosios medžiagos, biologiniai procesai);
• maisto ir gėrimų pramonė (processai, konservavimas, atskyrimas);
• medžiagų gamyba (polimerai, kompozitai, nanomedžiagos);
• energija ir aplinkos apsauga (biokuras, atliekų perdirbimas, vandens valymas, oro taršos kontrolė);
• semiconductor ir elektronikos pramonė (cheminiai procesai plėvelių, medžiagų apdorojimui).

Išsilavinimas ir reikalingi įgūdžiai

Tipiškai cheminės inžinerijos studijos prasideda bakalauro studijomis, kuriose dėstomi minėti kursai. Tuo seka magistrantūra arba doktorantūra specializuotis tam tikrose srityse (reakcijos, separacijos, bioprocesai ir kt.). Svarbūs įgūdžiai:

• tvirtos matematines ir fizikos žinios;
• gebėjimas kurti ir analizuoti modelius;
• praktiškas darbas laboratorijoje ir su pilotinėmis/gamybinėmis įrengtimis;
• projektavimo programų (pvz., process simulation software) išmanymas;
• problemų sprendimo, komandinis darbas ir sklandus bendravimas su kitų sričių specialistais.

Karjeros galimybės

Cheminės inžinerijos absolventai gali dirbti projektuotojais, procesų inžinieriais, gamybos vadovais, kokybės inžinieriais, tyrėjais mokslinių tyrimų centruose bei biotechnologijų ar farmacijos įmonėse. Daugelis taip pat dirba aplinkos apsaugos, energijos sektoriaus ar konsultacinėse įmonėse.

Sauga, reglamentai ir tvarumas

Chemijos pramonėje sauga yra prioritetas: procesų saugos analizės, įrangos patikimumas, avarijų prevencija ir teisės aktų laikymasis yra būtini elementai projektuojant ir eksploatuojant gamyklas. Vis svarbesnis tampa ir tvarumo aspektas — mažinti energijos sąnaudas, mažinti atliekas, pereiti prie atsinaujinančių žaliavų bei užtikrinti saugią medžiagų gyvavimo ciklo pabaigą.

Ateities kryptys

Ateityje chemijos inžinerija bus vis labiau susieta su skaitmeninėmis technologijomis (duomenų analitika, mašininis mokymasis), žaliąja chemija, personalizuota medicina (bioprocesai mažesniu mastu), ir medžiagų inovacijomis. Tikėtina, kad inžineriai daug dirbs prie klimato kaitos švelninimo technologijų, efektyvesnių separacijų bei energijos konversijos sprendimų.

Apibendrinant, chemijos inžinerija yra tarpdisciplininė sritis, jungiantis teoriją ir praktinį projektavimą, kurios tikslas — paversti žinias apie medžiagas ir jų reakcijas į saugius, ekonomiškus ir tvarius pramoninius procesus.

Klausimai ir atsakymai

K: Kas yra chemijos inžinerija?

K: Kada atsirado chemijos inžinerija?

K: Kas projektavo chemijos gamyklas prieš atsirandant chemijos inžinerijai?

K: Kokie du darbai derinami chemijos inžinerijoje?

K: Kuo chemijos inžinerija naudinga gamykloms?

K: Kokie mokslai naudojami chemijos inžinerijoje?

K: Kokios naujos chemijos inžinerijos temos?

Paieška pagal raidę